【超硬刀具材料】超硬刀具材料有哪些 超硬刀具主要材料

超硬刀(dao)具材(cai)料是(shi)指與天然金(jin)剛(gang)石(shi)的硬度、性能(neng)相近(jin)的人造金(jin)剛(gang)石(shi)和CBN（立方(fang)氮化硼）。由于天然(ran)金剛(gang)石價格比較昂貴，所以生產(chan)上大(da)多采用人(ren)造(zao)聚(ju)晶金剛(gang)石（PCD）、聚晶(jing)立方氮化硼（PCBN），以及它們的復(fu)合材料。

材質及規格

1、圓管(guan)：1~2032mm 厚度：0.15~12mm

2、方管：5*5~300*300mm 厚度：0.3~8.0mm

3、矩形管(guan)：5*10~200*300 mm 厚度：0.3~8.0 mm

4、橢圓管：10*20~125*300mm 厚(hou)度：0.4~6.0mm

5、平橢管：10*20~63*172mm 厚度(du)：0.4~6.0mm

6、花管：15.9~88.9mm 厚度：0.7~2.0mm

7、角(jiao)鋼：15*15~100*100mm 厚(hou)度：0.8~6.0mm

8、扁(bian)鋼10*20~100*200 mm 厚度：0.8~6.0mm

不(bu)銹鋼(gang)板材質及規格：201、202、304、304L、316L、321、430等。

寬*長：

1000mm*2000mm 厚(hou)度0.3mm～85mm

1220mm*2440mm 厚度(du)0.3mm～85mm

1204mm*3050mm 厚度0.3mm～85mm

1500mm*6000mm 厚(hou)度0.3mm～85mm本(ben)質

人工合(he)成單晶金剛石(shi)的尺(chi)寸、形狀和(he)性(xing)能(neng)都具有良好的一致性(xing)，目前(qian)由于高溫高壓的技(ji)術日趨成熟，能(neng)夠(gou)制備(bei)具有一定尺(chi)寸的人工合(he)成單晶金剛石(shi)，De Beers公司和美國生產的合成單晶(jing)金(jin)剛石顆粒尺(chi)寸(cun)可達9-10mm,使(shi)其在生(sheng)產中應用迅速發(fa)展(zhan)。尤(you)其在加工高耐(nai)磨的層狀木板時，其性能要優于(yu)PCD金剛石，不(bu)會(hui)引(yin)起刃口過早鈍化。

人造聚晶金剛石(PCD)

PCD又稱(cheng)金(jin)(jin)剛(gang)石燒結體(ti)，是在高溫(wen)超高壓條件(jian)下，通過(guo)鈷等金(jin)(jin)屬(shu)結合劑將金(jin)(jin)剛(gang)石微粉聚(ju)合成的多晶(jing)體(ti)材料(liao)。其硬度雖低(di)于天然單晶(jing)金(jin)(jin)剛(gang)石，但(dan)它是隨(sui)機取向(xiang)的金(jin)(jin)剛(gang)石晶(jing)粒(li)的聚(ju)合，屬(shu)各向(xiang)同性，用作刀具時可以任意(yi)取向(xiang)刃磨，無(wu)需(xu)像ND必須選用(yong)(yong)最佳的(de)解理(li)面作為(wei)前刀面。在切削(xue)時，切削(xue)刃對意外損(sun)壞(huai)不(bu)很(hen)敏感，抗磨損(sun)能力也很(hen)強，可長時間保持鋒利的(de)切削(xue)刃，加工時可采(cai)用(yong)(yong)很(hen)高(gao)的(de)切削(xue)速度和較(jiao)大(da)的(de)吃刀量(例如在車削或鏜削鋁合金(jin)、黃銅(tong)、青銅(tong)及其合金(jin)時，切(qie)削速度(du)為(wei)300-1000m/min,進給量為0.05-0.5mm/r,吃刀量(liang)可達10mm),使用壽(shou)命(ming)一般高于硬質合金(jin)(WC基)刀(dao)具10-500倍，而且PCD原料來源豐富，其價格只有ND的幾(ji)十分之一至(zhi)十幾(ji)分之一，因此應用廣(guang)泛，成為傳(chuan)統WC刀具的高(gao)性能替代品。

PCD的(de)性能與金剛石(shi)的(de)晶粒尺寸及結合劑(ji)的(de)含量有關。De Beers公(gong)司(si)生產的PCD刀片有(you)002、010和025幾(ji)種(zhong)，晶粒的平均尺(chi)寸分別為2、10和(he)25微米(mi)。晶粒(li)尺寸越(yue)大，耐(nai)磨性越(yue)好，但(dan)刃(ren)口質量稍差，難(nan)以制成(cheng)高精度刀具。相(xiang)反，用細晶粒(li)PCD制成(cheng)的刀(dao)具、刃(ren)口質量好。

為提高(gao)PCD刀片的韌性和可(ke)焊性，通常將PCD與硬質合金復(fu)合做成復(fu)合刀片(PCD/CC),即(ji)以硬質合金(jin)為基底，在其表面燒結或壓制一層(ceng)0.5-1mm厚的PCD而成。這種復合刀片(pian)(又(you)稱壓層刀(dao)片)的抗彎強度與硬質(zhi)合金基本一致(zhi)，而工(gong)作表面的硬度接近整體PCD，且(qie)可焊性好，重磨容易，成本低，故應用廣泛。PCD/CC常用(yong)焊或(huo)機夾方式制作刀具。英國Smith公司(si)研制多層金剛(gang)石復合(he)片，其(qi)頂層金剛(gang)石濃度為100%,往下逐步下降，同時硬(ying)質(zhi)合(he)金(jin)逐漸增加，到(dao)襯底(di)全部為硬(ying)質(zhi)合(he)金(jin)。這種復合(he)片(pian)的強度高，抗(kang)沖(chong)擊性能好，特別適用于吃刀量大(da)、有沖(chong)擊載荷(he)的加工(gong)使用。日本(ben)住友(you)電工(gong)公司采用鐵基合(he)金(jin)作基體，所制造的金(jin)剛石(shi)復合(he)片(pian)鉆頭因PCD與(yu)(yu)鋼刀體有親和(he)作用，可(ke)保證復(fu)合(he)片與(yu)(yu)刀體的連結(jie)更為牢固。

必須指(zhi)出，PCD刀具的刃口鋒利性和加工的工件表面質量均不如ND,同時其可加工性很差，磨削比小(xiao)，難以根(gen)據(ju)刀頭的幾何形(xing)(xing)狀(zhuang)任意(yi)成形(xing)(xing)，至(zhi)今還不(bu)能方(fang)便地制造(zao)帶斷屑(xie)槽的可轉位PCD刀(dao)片和(he)立銑刀(dao)等幾何形(xing)狀復雜的產品。

聚晶立方(fang)氮化(hua)硼(peng)(PCBN)和聚(ju)晶(jing)立方氮化硼復合片(PCBN/CC)PCBN或(huo)PCBN/CC制造方法與PCD或PCD/CC相(xiang)似，是以CBN為原(yuan)料，經高(gao)溫高(gao)壓制成聚(ju)晶立方(fang)氮化硼或其復合(he)片(PCBN/CC)。PCBN/CC的性能兼有(you)較好的韌(ren)性和較高的硬(ying)度及(ji)耐磨性，抗彎(wan)強度可達1.47GPa,可(ke)經多次重(zhong)磨使用。

PCBN的性能(neng)與CBN的粒度、含量(liang)及結(jie)合劑種類有關(guan)，按其組織大(da)致可分(fen)為兩(liang)大(da)類∶一類是由CBN晶粒直接結合而(er)成，CBN含量多(70%以上),硬度高，適(shi)用于(yu)耐熱合金、鑄(zhu)鐵和鐵系燒結(jie)金屬的(de)切削(xue)加工；另一類是以CBN晶粒為(wei)主體，通過陶瓷結合(he)劑(ji)(主要有TiN、TiC、TiCN、AlN、Al2O3等)燒結(jie)而成，這類PCBN中(zhong)CBN含量少(70%以(yi)下),硬(ying)度低(di)，適用于(yu)淬硬(ying)鋼(gang)的切(qie)削加工。

CVD金剛石

PCD、PCBN和人(ren)工合成單晶(jing)金剛石均是(shi)在高(gao)溫高(gao)壓下合成的，而CVD金剛石是在低壓下合(he)成(cheng)的(de)

CVD金(jin)剛石有兩種形式∶CVD薄膜涂層(ceng)(CD)和(he)CVD厚膜(TFD)。

CD是用(yong)CVD工藝(yi)，在(zai)硬質合(he)金基體(ti)(常用(yong)K類合(he)金)上沉積(ji)一層厚度約10-30微米，由多晶組(zu)成(cheng)的膜(mo)狀(zhuang)金剛(gang)石而成(cheng)。因基(ji)體易于制成(cheng)復雜(za)(za)形狀(zhuang)，故適用(yong)于幾何形狀(zhuang)復雜(za)(za)的刀具。據報(bao)道(dao)，美國(guo)和日本等國(guo)家已相繼推出了CD的絲錐(zhui)、鉆頭(tou)、立銑刀和帶斷屑(xie)槽的可轉位刀片(如瑞典Sandvik公司的CD1810和美國Kennametal公司的KCD25牌號)等產品(pin)，用于有(you)色金屬和非金屬材料的高速精密加工，刀(dao)具(ju)壽命(ming)比未涂層的硬質合金刀(dao)具(ju)提高近十倍(bei)(bei)，有(you)些(xie)甚至數十倍(bei)(bei)。

TFD是沉積厚度可達1mm的(de)無襯底金剛石厚(hou)膜(mo)，根(gen)據需要再將厚(hou)膜(mo)切割(ge)成一定的(de)大小，然后焊在硬質(zhi)合金刀片上使用。

TFD有很好的綜合性(xing)能(neng)，它沒有天然金(jin)剛(gang)石各(ge)向異性(xing)的缺點，由于不用(yong)金(jin)屬結合劑，雜質含量低，純度接近100%,故硬(ying)度(du)和熱導率比PCD更高，摩擦因數更小，化學穩定性更好，可(ke)采用比(bi)PCD刀具更(geng)高的切削速(su)度，韌性(xing)和強度則稍低于PCD。外國(guo)已有TFD的商品供應。TFD未來可取代昂貴的(de)天然金剛石(shi)刀(dao)具或(huo)PCD金剛石刀(dao)具(ju)。

電鍍金剛石或電鍍CBN

電(dian)鍍金剛石或電(dian)鍍CBN是以金屬鎳(nie)和鈷等(deng)作結合劑，利用電(dian)鍍(du)工(gong)藝把金剛石(shi)或CBN的細小顆粒(li)包鑲在(zai)一定尺寸和(he)幾何形(xing)狀的刀(dao)具基(ji)體表面，再經適當修磨(mo)制(zhi)(zhi)成。此法制(zhi)(zhi)造工藝簡單，只需要電鍍(du)設備(bei)即可。例如，鄭州磨(mo)料磨(mo)具磨(mo)削(xue)研究所和(he)山東蓬萊金(jin)剛石工具廠(chang)等生(sheng)產的電鍍(du)金(jin)剛石或電鍍(du)CBN鉸刀屬于這(zhe)類(lei)刀具。使用表明，用其可成功地(di)加工(gong)尺寸精(jing)度和(he)幾何形狀精(jing)度都小(xiao)于2Mm、表面粗糙度達(da)Ra0.2-0.1微米(mi)的孔(kong)(kong)。例如(ru)，廣泛用(yong)于液壓隨動(dong)系統(tong)和燃油(you)系統(tong)精密(mi)偶件(jian)的閥孔(kong)(kong)，目前生產(chan)上最(zui)終工(gong)序(xu)大多以(yi)這種(zhong)鉸(jiao)刀(dao)加工(gong)。

性能特點

金(jin)剛(gang)石具有極高的硬度(du)和(he)耐磨性(xing)，其顯微(wei)硬度(du)可達10000HV，是(shi)刀具材(cai)料(liao)(liao)中最(zui)硬的(de)材(cai)料(liao)(liao)。同(tong)時它的(de)摩(mo)擦系(xi)數小，與非鐵金(jin)屬無親和力，切(qie)屑(xie)易(yi)流(liu)出，熱導率高，切(qie)削時不易(yi)產生積屑(xie)瘤，加工表面質量好。能有(you)效地加工非鐵金(jin)屬材(cai)料(liao)(liao)和非金(jin)屬材(cai)料(liao)(liao)，如(ru)銅、鋁等有(you)色金(jin)屬及其合(he)金(jin)、陶瓷、末燒結的(de)硬質合(he)金(jin)、各種纖維和顆粒加強(qiang)的(de)復合(he)材(cai)料(liao)(liao)、塑料(liao)(liao)、橡膠、石墨(mo)、玻璃和各種耐磨(mo)的(de)木材(cai)（尤其是(shi)實心木和膠合(he)板等復合(he)材(cai)料(liao)(liao)）。

金剛石(shi)的缺點是韌性差，熱穩定性低。700℃～800℃時(shi)容(rong)(rong)易碳化(hua)(hua)，故(gu)不適(shi)于加(jia)工鋼鐵材料。因(yin)為在高溫下鐵原(yuan)子(zi)容(rong)(rong)易與碳原(yuan)子(zi)作用而使(shi)其轉化(hua)(hua)為石墨(mo)結構。此外，用它切削鎳基(ji)合金(jin)時(shi)，同樣也會迅(xun)速磨損。

CBN的硬(ying)度僅次于金剛石(shi)（可達8000HV～9000HV），并且熱穩定性高（達1250℃～1350℃），對鐵(tie)族元素化學惰(duo)性大，抗粘(zhan)結能力強，而且用(yong)金剛石砂(sha)輪即(ji)可(ke)磨削開刃，故(gu)適(shi)于(yu)加工(gong)各種淬(cui)硬鋼、熱噴涂材料、冷硬鑄鐵(tie)和35HRC以上的鈷(gu)基(ji)和鎳基(ji)等難(nan)切(qie)削材料。